2.4. Отпуск

Отпуск является заключительной операцией тер­мической обработки, состоящей из нагрева стали ниже его крити­ческой точки Ас₁ с последующим охлаждением, при котором фор­мируется окончательная структура стали. Отпуск проводится после операции закалки. Изменения в структуре при нагреве за­каленной стали приводят к изменению ее свойств. Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск проводят при 150÷200°С. Целью низкого от­пуска является снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости мартен­сита при сохранении высокой твердости и износостойкости де­талей. Структура стали после низ­кого отпуска представляет собой мартенсит отпуска. Основная об­ласть применения низкого отпуска - режущий и измерительный инструмент, а также машино­строительные детали, которые должны обладать высокой твердо­стью и износостойкостью.

Средний отпуск проводят при 350÷450°С. Цель среднего от­пуска состоит в некотором снижении твердости при значительном увеличении предела упругости. Структура стали представляет собой троостит отпуска, обеспечивающий высокие пределы проч­ности, упругости и выносливости, а также улучшение сопротив­ляемости действию ударных нагрузок. Область применения среднего отпуска – пружины, рессоры.

Высокий отпуск проводят при 550÷650°С. Цель высокого от­пуска - достижение оптимального сочетания прочностных, пла­стических и вязких свойств. Структура стали представляет собой однородный сорбит отпуска с зернистым цементитом. Область применения высокого отпуска - конструкционные стали, детали из которых подвергаются воздействию высоких напряжений и ударным нагрузкам.

Термическая обработка, состоящая из закалки с высоким от­пуском, улучшающая общий комплекс механических свойств, является основным видом термической обработки конструк-цион­ных сталей. Она называется улучшением.

Температуру отпуска обычно выбирают в зависимости от за­данной твердости. В этом случае изделие закаливают на максимальную твердость, а затем отпуском твердость снижают до заданной.

2.5. Термомеханическая обработка стали

Поиски путей совершенствования дислокационной структуры, получае­мой у стали в результате термической обработки, привели к появлению но­вого вида обработки, сочетающего пластическую деформацию аустенита с проводимой сразу после нее закалкой и последующим низким отпуском. Этот вид обработки получил название термомеханической обработки (ТМО).

ТМО позволяет получить у стали более высокие проч-ностные и вязко­стно-пластические свойства, чем после обычной закалки и низкого отпуска. Дополнительный положительный эффект при ТМО объясняется предвари­тельным наклепом аустенита во время пластической деформации. Последст­вия этого наклепа передаются мартенситу в виде дополнительных, возник­ших при наклепе дислокаций, которые, складываясь с дислокациями, возни­кающими при последующем мартенситном превращении, создают более плотную (до 10¹³ см^-2) дислокационную структуру.

Применяя ТМО, можно повысить у стали σ_в до 3000 МПа при δ = 6÷8 %, в то время как при обычной закалке и низком отпуске эти показатели состав­ляют соответственно около 2000 МПа и 3÷4 %.

Существуют две разновидности ТМО: высоко-температурная - ВТМО, низкотемпературная - НТМО. При ВТМО аустенит деформируют при тем­пературе несколько выше Ас₃ до степени деформации 20÷30 %. При НТМО производится деформация переохлажденного до 400÷600°С аустенита. Степень деформации – 75÷90 %.

Более предпочтительна ВТМО, при которой в дополнение к сказанному сталь приобретает более высокие значения вязкости разрушения (трещиностойкости), работы распространения трещины КСТ и сопротивления усталости при пониженной критической температуре хрупкости и меньшей чувствительности к концентраторам напряжений.